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RC充放電電路原理解析及LTspice仿真

CHANBAEK ? 來源:Power Electronics ? 作者: zp ? 2023-11-22 15:18 ? 次閱讀

RC充放電電路是一種非常常見的電路。本文主要針對其原理和實例仿真進行解析。

1 理論分析

  1. 首先,最基本的RC電路如下圖所示:

圖片

其電路網絡模型為:

圖片 (1.1)

電容電流取決于電容兩端電壓變化率:

圖片 (1.2)

將(1.2)帶入(1.1)化簡得:

圖片(1.3)

圖片,即時間常數。

式(1.3)拉氏變換得:

圖片

式中,A、B為兩個常數,可通過聯立圖片和初始條件圖片求解。

假定輸入電壓為Vcc,即t=0時,電容兩端電壓圖片表示為:

圖片

當t=τ時,解得相應圖片為:

圖片

經過t=3τ時,解得相應圖片為:

圖片

當t=5τ時,解得相應圖片為:

圖片

由此可見,經過3~5個τ后,充電過程基本結束。

  1. 充電過程:

假設輸入電壓為V1,通過R向初值為0V的電容C充電,因此,任意t時刻電容上的電壓Vt為:

圖片

電容充到某一電壓值Vt所需時間為:

圖片

2 LTspice仿真

2.1RC串聯電路

RC串聯電路圖如下圖所示:

其中,Vin=5V,R1=100Ω,C1=0.1μF。

圖片

根據參數計算可得:τ=100Ω*0.1μF=10μs。因此,當t=5τ時,充放電完成,5τ=50μs。

首先對電源進行設置,具體參數配置如圖:

圖片

仿真結果:可以看到,在50μs時電容兩端電壓為5V。

圖片

2.2RC并聯電路

RC并聯電路圖如下圖所示:

其中,V1=200V,R1=R2=R3=R4=R5=100K,C1=C2=2.2μF。

圖片

Eg:如果C1,C2兩端電壓初值為0V,充滿電壓為40V,則電容充到16V需要的時間是多少?

R=(R1+R2+R3+R4)//R5=80K

C=C1+C2=4.4μF

τ=RC=80K*4.4Uf=0.352s

圖片

電源參數配置如下:

圖片

仿真結果:如左下角所示在0.179S時,電壓為16V。

圖片

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